猪粪施用量对红壤旱地理化性质及酶活性的影响

为研究猪粪的合理施用及其对红壤旱地地力提升的效应,利用在第四纪红壤旱地中连续3年分别施用0、7.5、15、30、45 t·hm~(-2)猪粪的小区定位试验,比较不同处理下菠菜和玉米地上部生物量、土壤相关理化性质、碳氮磷循环相关酶活性的差异。结果表明:菠菜和玉米地上部生物量、土壤有机质、土壤全量和速效态氮磷钾含量均随猪粪施用量的增加呈线性增加。当猪粪施用量达45 t·hm~(-2)时菠菜、玉米平均地上部生物量分别达到11.48、20.84 t·hm~(-2),土壤有机质和全氮、全磷含量分别达14.6、1.07、0.73 g·kg~(-1),土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量分别达85.47、106.9、411.7 mg·kg~(-1),但与猪粪施用量为15和30t·hm~(-2)时土壤养分含量的差异不显著,而土壤中与碳氮磷循环相关的6种酶活性则与猪粪施用量呈线性相关,且在施用量为30或45t·hm~(-2)时出现显著差异;6种酶活性与土壤有机质、养分含量间均具有显著或极显著正相关关系。研究结果显示,第四纪红壤旱地在本试验猪粪施用量范围内,土壤有机质和养分含量、酶活性等指标均随施用量的增加而相应提高,作物地上部生物量亦呈线性增加,但同时须注意土壤速效态养分含量过高可能带来的氮磷流失加剧等问题。     

铁氧化物-硅酸盐复合物的形成、性质及其对砷的固定

铁氧化物与硅酸盐矿物是土壤中最重要、最活跃的固相组分,它们之间的交互作用直接影响土壤物理化学特性,可有效地调控土壤(类)重金属的迁移、转化。本文以铁氧化物和硅酸盐矿物胶结过程中的一些表观特征变化为出发点,从宏观、表观到微观综述了二者交互作用的界面特性和机理、交互作用前后对土壤砷的固定与释放机制等内容。本文阐明层状硅酸盐与铁氧化物通过多种化学作用而发生表面复合,其中静电作用是作用力之一,带负电荷的硅酸盐与带正电荷的铁氧化物在静电引力的作用下迅速结合,在胶体表面双电层上形成二元团聚体;形成的二元团聚体可改变土壤矿物的表面积和孔性结构、表面电化学特性和物理性质。同时,铁氧化物-硅酸盐复合物表面的活性基团可以通过内层络合共氧的方式将土壤中AsO_4~(2-)络合,形成单核或双核表面络合物而固定砷。复合物对AsO_4~(2-)的吸附能力介于铁氧化物和硅酸盐矿物之间,并更接近铁氧化物的表面吸附特性。本文旨在为土壤砷的原位固定提供理论支撑。     

不同老化方法对生物炭表面特征及镉吸附能力的影响

为明确不同自然环境过程（氧化还原、降雨、光照）对生物炭的老化作用及其对重金属吸附能力的影响,该研究以不同温度（200、500 °C）和气氛（O₂、N₂）热解的小麦秸秆生物炭为研究对象,采用化学氧化、干湿交替、紫外光照氧化3种人工老化方法模拟生物炭在自然环境中的老化过程,并分析老化作用对生物炭理化性质及镉（Cd）吸附能力的影响。结果表明：与初始生物炭相比,老化作用使生物炭表面破碎,孔隙结构增多,提高了生物炭比表面积。干湿交替老化使低温生物炭的比表面积增大0.85倍,而经过化学氧化后的低温生物炭、高温生物炭比表面积分别增大8.81、0.37倍。老化过程使生物炭的官能团种类减少,且含氧官能团数量发生不同程度的变化,其中化学氧化使羧基、内酯基等含氧官能团增多,而干湿交替及紫外光照老化主要引起含氧官能团数量的减少。此外,热重分析结果表明化学氧化使低温生物炭热稳定性降低,而所有老化后的高温生物炭热稳定性均增强。化学氧化、紫外光照、干湿交替3种老化处理均可提高两种生物炭的吸附能力,Cd²⁺吸附量分别提高498.95%~799.36%、436.10%~768.43%、35.53%~128.10%。因此,生物炭实际应用时需综合考虑其环境过程、特性变化以及目标污染物种类,以促进生物炭环境应用的长远发展。     

不同有机物料对灌漠土重金属累积特征及作物效应的影响

【目的】 探讨长期施用有机物料对灌漠土中重金属含量、形态赋存特征及作物重金属含量的影响,为有机物料农业安全利用及土壤有机培肥中重金属累积控制提供理论依据和技术支持。【方法】 利用田间长期定位试验,研究鸡粪、牛粪、猪粪、菌渣、污泥和沼渣对灌漠土几种典型重金属元素含量、赋存形态及小麦植株中重金属含量的影响。【结果】 长期（7年）施用鸡粪、猪粪、污泥的处理显著增加了灌漠土中Cu、Zn含量,增加量为猪粪＞鸡粪＞污泥,其中Cu含量分别增加了62.20%、20.10%和10.26%,Zn含量分别增加了79.98%、39.24%和18.31%,并与施用年限呈显著正相关关系。3种有机物料施用下Cu平均每年累积速率为4.16、1.25和0.97 mg·kg ^-1·a ^-1,Zn平均每年累积速率为11.04、4.86和2.59 mg·kg ^-1·a ^-1。但施用上述3种有机物料对Cd、Cr、Pb和Ni含量没有显著影响。施用牛粪、菌渣和沼渣对灌漠土中重金属含量亦无显著影响。施用鸡粪、猪粪、污泥还显著影响了土壤中Cu、Zn赋存形态,增加了土壤中Cu、Zn各有效赋存形态的含量和占总量的比例,显著提高了灌漠土中Cu、Zn有效态的含量,显著增加了小麦根和秸秆中Cu、Zn的含量,其中猪粪影响最大。【结论】 猪粪、鸡粪、污泥长期施用可导致灌漠土中Cu、Zn快速累积并提高Cu、Zn的生物有效性,其中猪粪的作用尤为明显。在施用有机物料培肥土壤时,要特别关注其中Cu、Zn的含量,以确保土壤健康和可持续利用。     

不同品种苋菜对砷的吸收能力及植株磷砷关系研究

利用水培试验方法,研究了不同品种苋菜对As(Ⅴ)的耐性、富集能力及其植株中P、As含量间的关系。结果表明,当营养液中As(Ⅴ)浓度为2 mg·L~(-1)时,As(Ⅴ)促进了花红柳叶、红柳叶苋菜的生长,但对其他品种苋菜的生长有抑制作用;当营养液中As(Ⅴ)浓度达到4 mg·L~(-1)时,As(Ⅴ)对所有品种苋菜的生长都有明显的抑制作用。两种As(Ⅴ)浓度处理下,苋菜不同品种地上部砷含量均为白圆叶苋菜≈红柳叶苋菜花红柳叶苋菜花红苋菜严选红圆叶苋菜。当营养液中As(Ⅴ)浓度为2 mg·L~(-1)时,苋菜地上部P含量与As含量有显著相关性(r=0.881),当营养液中As(Ⅴ)浓度为4 mg·L~(-1)时地上部P、As含量间的相关性不显著,但相关系数达到0.816。苋菜种子中P含量与两种As(Ⅴ)浓度处理下地上部As含量呈显著或极显著相关性(r=0.937,0.971)。     

氮肥形态及用量对土壤砷生物有效性的影响研究

通过盆栽试验,探讨了高砷红壤中施用碳酸氢铵、尿素和硝酸钙3种不同形态氮肥对土壤砷生物有效性及小白菜吸收砷的影响。结果表明:在175、350mg·kg-1两种施氮水平下,不同形态氮肥的施用均显著(P<0.05)促进了小白菜(Brassica chinensis)植株的生长,生物量的增加幅度为104.5%～224.3%;氮肥施用显著增加了土壤中有效态砷含量和植物对砷的吸收(P<0.05),与对照相比,不同形态氮肥处理下土壤有效态砷含量增加了30.5～49.4倍,其中,以施氮量为350mg·kg-1Ca(NO3)2处理增幅最大,NH4HCO3的350mg·kg-1施氮处理的增幅较小;在3种氮肥形态的2种施氮量处理下,植物地上部砷吸收量比对照增加0.75～4.32倍,且以175mg·kg-1NH4HCO3和350mg·kg-1Ca(NO3)2的施氮处理较高,而350mg·kg-1CO(NH2)2和175mg·kg-1Ca(NO3)2施氮处理的植物砷浓度及吸收量均相对较低。随着化学氮肥的施用,发生了土壤残渣态的砷向易溶态等其他形态砷的转化和释放,导致作物吸收砷及相应的环境风险增加。     

几种叶类蔬菜对砷吸收及累积特性的比较研究

运用水培试验方法,比较了5种叶类作物对砷的吸收特性.结果表明,当营养液中砷浓度为2、4、8 mg· L-1时,芹菜(Apium graveolens L.)、苋菜(Amaranthus mangostanusL.)和空心菜(Ipomea aquatica L)地上部分生物量均显著降低(P＜0.05),而莴苣(Lactuce sativa var.longifolia)和生菜(Lactuce sativaL.)的地上部生物量与CK相比差异不显著,表现出相对更高的耐受性;从不同叶类蔬菜对砷的累积来看,在培养液砷浓度为10 mg·kg-1时,空心菜地上部分对砷的累积量最高、达1623 μg· pot-1,莴苣最低、为45.58 μg·pot-1,5种叶类蔬菜累积量大小顺序为:空心菜＞芹菜＞苋菜＞生菜＞莴苣.不同砷浓度培养液下,莴苣和生菜对砷的转移系数均值分别为0.02和0.03,富集系数均值分别为2.75和2.66,低于其他蔬菜.该研究结果为应用水培方法快速初步筛选砷低吸收作物提供了依据.     

西瓜与旱作水稻间作改善西瓜连作障碍及对土壤微生物区系的影响

 【目的】探讨西瓜与旱作水稻间作减缓西瓜连作障碍的可行性,并从微生物多样性与连作障碍关系角度阐释该方法的作用机理。【方法】盆栽方法研究西瓜与旱作水稻间作改善西瓜连作障碍的效果,传统微生物计数及磷脂脂肪酸（PLFA）法研究西瓜根际土壤微生物区系。【结果】西瓜连作土壤上单作西瓜其枯萎病发病率为 66.7%,死亡率为44.4%,与旱作水稻间作后西瓜生长正常。西瓜定植30 d后,间作处理西瓜根际的尖孢镰刀菌数量显著低于单作;50 d后,间作西瓜根际土中的真菌数量显著低于单作,而细菌、放线菌及总微生物数量均显著高于单作。磷脂脂肪酸（PLFA）法分析土壤微生物多样性发现,单作处理的西瓜根际土壤中真菌数量较多,细菌数量较少,而且主要是革兰氏阳性菌,而间作西瓜根际则含有较多的革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和放线菌。间作处理西瓜体内的丙二醛（MDA）含量及保护性酶类如根系及叶片中的过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）和根系中的苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性均显著低于单作西瓜。【结论】西瓜与旱作水稻间作条件下西瓜根际尖孢镰刀菌数量显著降低,根际微生物区系向细菌与放线菌占主导的趋势发展,有效防止了西瓜枯萎病的发生,改善了西瓜连作障碍。     

土壤接种棘孢木霉菌降低小油菜砷胁迫及其可能机理

农田土壤中砷的过量累积会影响作物生长,砷可通过食物链影响人体健康。缓解土壤砷对作物生长的胁迫和累积是亟待解决的科学问题之一。本文以具有高耐砷和砷形态转化能力的棘孢木霉菌为研究材料,通过盆栽试验研究了棘孢木霉菌对外源砷胁迫下小油菜生长的影响及其可能机理。结果表明:120 mg·kg-1外源砷污染土壤上小油菜生长受到显著抑制,接种棘孢木霉菌可显著促进小油菜生长;接种棘孢木霉菌降低了小油菜对砷的吸收及富集系数,与未接菌污染土相比,小油菜地上部和地下部砷含量分别降低了12.4%和20.2%,砷富集系数降低了7.8%。接种棘孢木霉菌使土壤有效态砷含量降低了15.7%,土壤和小油菜地上部均检测到一甲基砷和二甲基砷,表明接种棘孢木霉菌促进了土壤中砷的甲基化,降低了土壤中砷有效性和小油菜体内砷的毒性。此外,外源砷胁迫下小油菜超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性,以及谷胱甘肽、抗坏血酸及丙二醛含量显著升高,而接种棘孢木霉菌可降低小油菜部分抗氧化胁迫相关酶活性,表明接种棘孢木霉菌有效缓解了砷对小油菜生长的胁迫。研究结果可为今后砷高风险农田的安全利用与风险调控提供材料与技术参考。     

不同地点和复垦方式煤矸石山土壤中丛枝菌根真菌群落变化

以山西省大同市晋华宫人工复垦和自然恢复煤矸石山以及忻州窑自然恢复煤矸石山为研究对象,采用IlluminaMiSeq高通量测序技术对三座煤矸石山土壤AM真菌群落组成进行分析,并测定其土壤理化性质,以探究不同地点煤矸石山不同复垦方式下土壤中丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi, AM真菌）群落组成的差异及其土壤影响因子。结果表明：晋华宫人工复垦煤矸石山和忻州窑自然恢复煤矸石山AM真菌多样性指数（Chao指数和香农-威纳指数）存在显著差异,但晋华宫人工复垦和自然恢复煤矸石山AM真菌群落的多样性指数差异不显著。试验共检测到67个AM真菌OTUs,可鉴定到3个AM真菌属级分类单元,其中球囊霉属（Glomus）在晋华宫人工复垦煤矸石山、晋华宫自然恢复煤矸石山和忻州窑自然恢复煤矸石山中均为最优势菌,多样孢囊霉属（Diversispora）、类球囊霉属（Paraglomus）仅出现在晋华宫自然恢复煤矸石山。多元置换方差分析和多维尺度分析结果表明,晋华宫两种恢复方式的煤矸石山之间AM真菌群落组成差异不显著,而晋华宫与忻州窑两个地点的煤矸石山AM真菌群落组成差异显著。AM...